+86-757-8128-5193

Exposició

Casa > Exposició > Contingut

Aplicacions de plata nanocables de pel·lícula conductora transparent i l'elèctrode d'Electroquímica de condensadors

abstracte

Nanocables de plata té aplicacions potencials en la pel·lícula conductora transparent i l'elèctrode de condensador electroquímic causa de la seva excel·lent conductivitat. Pel·lícula conductora transparent (G-pel·lícula) es va preparar mitjançant el recobriment de nanocables de plata sobre un substrat de vidre utilitzant el mètode de vareta Meyer, que exhibeix un millor rendiment que els nanotubs de carboni i grafè. La conductivitat de G-pel·lícula pot millorar augmentant la temperatura de sinterització. Elèctrode del condensador electroquímic (I-pel·lícula) va ser fabricat pel mateix mètode amb G-pel·lícula d'òxid d'indi i estany (ITO). Corbes de CV I-pel·lícula sota diferents velocitats d'escombrat tenien pics redox òbvies, el que indica que l'I-lícula va mostrar un rendiment excel·lent i una bona pseudocapacitancia electroquímica reversible durant el procés de càrrega / descàrrega. A més, la capacitància específica de R-pel·lícula es va mesurar per mitjà d'experiments de càrrega / descàrrega galvanostáticas, el que indica que I-pel·lícula exhibeix alta capacitància especial i excel·lent estabilitat electroquímica.

1. Introducció

En els últims anys, els nanomaterials de metalls nobles, nanomaterial especialment de plata es converteixen en el focus de la investigació causa de les seves propietats físiques i químiques úniques, que ha estat àmpliament utilitzats en la catàlisi [ 1 ], òptiques, elèctriques [ 2 , 3 ], i antibacteriana [ 4 ] àrees. Entre aquestes diverses nanoestructures de plata, nanocables ha atret forces intenses per la seva alta conductivitat dc i transmitància òptica. Com a dispositius optoelectrònics es fan més petits i més lleugers, hi ha una creixent necessitat d'elèctrodes transparents eficients. El material més comú d'elèctrodes transparents és l'òxid d'indi i estany (ITO); No obstant això, ITO no pot seguir el ritme del desenvolupament de dispositius optoelectrònics, causa del seu alt cost, fragilitat, i el procés de preparació crítica. Tot i que les persones han tractat d'utilitzar altres materials per fabricar elèctrodes transparents, com els nanotubs de carboni (CNT) [ 5 - 8 ], el grafè [ 9 - 11 ], i polímer conductor [ 12 - 14 de ], el problema que la forma d'aconseguir la relació de transmitància a la resistència laminar (Rs) tan alt com ITO encara no es pot solucionar. Per tant, molts grups posen esforços en nanocables metàl·lics, en particular els nanocables de plata. Leem et al. [ 15 ] han estat pioners en nanocables de plata com elèctrode en les cèl·lules solars, i la transmitància de la mateixa va ser del 89,3%, de baixes de Rs / Sq. Des de llavors, les pel·lícules de nanocables de plata han estat fabricats per tècnica de revestiment per vareta [ 16 ] i el mètode de recobriment d'esterilització [ 17 ]. Per tant, els nanocables de plata es pot usar com un reemplaçament de ITO en el futur. Per tal de reduir encara més els Rs de pel·lícula de nanocables de plata, Bergin et al. [ 18 ] van estudiar els efectes de la longitud i el diàmetre de nanocables de plata en les seves propietats. nanocables més prolongat pot provocar Rs inferiors a causa d'un menor nombre de connexions entre els nanocables. Per tant, la preparació de nanocables ultralargos és un tema urgent. A part d'augmentar la longitud de nanocables per millorar les seves propietats, Hu et al. aplica el mètode de premsat mecànic per reduir la resistència de les unions, el que pot fer la connexió de nanocables de plata més a prop que condueix a un augment de la conductivitat [ 19 ]. També van trobar que el recobriment d'or en la pel·lícula és una manera eficient, el que pot fer que la superfície de nanocables de plata suau que condueix a la disminució de la resistència d'unió. Zhu et al. [ 20 ] va utilitzar tractament amb plasma per eliminar el polímer recobert sobre la superfície de nanocables de plata i es solden les unions, millorant el rendiment de la pel·lícula de nanocables de plata. No obstant això, la gran resistència de contacte de internanowires segueix sent una limitació del desenvolupament de pel·lícules de nanocables de plata en els dispositius optoelectrònics i electrònics.

A més, els nanocables de plata també es pot utilitzar com a elèctrodes del condensador electroquímic. Condensadors transparents tenen potencials aplicacions en l'emmagatzematge d'energia [ 21 de - 23 de ]. Sorel et al. [ 24 ] preparat condensador transparent per nanocables de plata de recobriment per polvorització en pel·lícules de polímer, que exhibeixen propietats de condensadors amb 1,1 uF / cm2. No obstant això, en comparació amb altres elèctrodes de condensador, la capacitància específica era molt més baix. Pa et al. [ 25 ] va trobar que l'elèctrode ago nanoestructurado va mostrar excel·lents propietats electroquímiques, i nanocables de plata pot ser oxidat a Ag 2 O formant Ag / Ag 2 O nanoestructures de nucli-embolicada durant el procés electroquímic [ 26 ]; Per tant, els nanocables de plata és un candidat prometedor del condensador electroquímic.

En el present treball, hem preparat nanocables de plata de llarg per un mètode simple reportat en el nostre treball anterior. En base a això, la pel·lícula conductora transparent (G-pel·lícula) i l'elèctrode de condensador electroquímic (I-pel·lícula) es van fabricar mitjançant el recobriment de nanocables de plata sobre el vidre ITO o, respectivament, i es van investigar les seves característiques. Es va examinar la relació entre la transmitància i Rs de G-pel·lícula. La conductivitat de G-pel·lícula va ser millorada mitjançant l'augment de la temperatura de sinterització. Per voltametria cíclica i càrrega galvanostático / experiments de descàrrega, es van estudiar les propietats de condensadors d'I-pel·lícula, el que indica que els nanocables de plata té capacitància electroquímica alta i estable que pot ser utilitzat com a material d'elèctrode de pseudocapacitancia electroquímica.

2. Experimental

El nitrat de plata (AgNO3 + 99%), clorur de sodi (NaCl), etilenglicol (EG), àcid sulfúric concentrat (H 2 SO 4), i peròxid d'hidrogen (H 2 O 2) van ser tots adquirits de Nanjing Chemical Co Reactiu , Ltd de polivinil pirrolidona (PVP, K88) es va adquirir d'Aladdin. òxid d'indi i estany (ITO) es va adquirir de Nanjing Chemical Reactiu Co, Ltd



Les morfologies i Espectròmetre d'energia dispersiva (EDS) de nanocables de plata es van mesurar per microscòpia electrònica de rastreig (SEM) (Sirion, EUA). Les Rs de la pel·lícula de nanocables de plata es va mesurar mitjançant la tècnica de quatre puntes amb un mesurador de font Keithley 2701. UV-vis espectres es van registrar amb un espectròmetre de fibra òptica (PG2000, Ideaoptics Technology Ltd, Shanghai, Xina). capacitància propietat electroquímica de l'elèctrode de nanocables de plata es va investigar a través de voltametria cíclica (CV) i la càrrega galvanostático / mesuraments de la descàrrega utilitzant una estació de treball electroquímic (CHI 760D, CH Instruments Co, Ltd).

2.1. Preparació de plata nanocables

Nanocables de plata va ser preparat pel mètode descrit en el nostre treball previ [ 27 ]. A cada síntesi, es van afegir l ml de solució de EG AgNO3 (0,9 M) i 0,6 ml de solució de NaCl EG (0,01 M) en 18,4 ml de solució de PVP EG (0,286 M). A continuació, la barreja es va sotmetre a reflux a 185 ° C durant 20 min. Després dels processos anteriors, l'excés de PVP i EG es van separar per addició de centrifugació aigua desionitzada a 14.000 rpm durant 10 min, 3 vegades.

2.2. Procediment de plata de pel·lícules sobre vidre i ITO

Els substrats de vidre i de ITO es van tractar per la solució de la barreja de peròxid d'hidrogen àcid i sulfúric concentrat sota ultrasons durant 30 min, el que pot fer-los hidròfils. En aquest cas, pel·lícula uniforme pot ser obtinguda. nanocables de plata es van recobrir sobre el vidre o substrat ITO amb el tractament, l'ús de vareta Meyer, i després es va escalfar a 150 ° C durant 20 min. La pel·lícula obtinguda en el substrat de vidre va ser nomenat G-pel·lícula. Les mostres 1 a 5 són G-films fabricats amb 2 mM, 1,75 mM, 1,5 mM, 1 mM i 0,5 mM de solució de nanocables de plata, respectivament. La pel·lícula obtinguda en el ITO va ser nomenat I-pel·lícula. Els dos tipus de pel·lícules tenen propietats diferents a causa dels diferents substrats.

3. Resultats i Discussió

3.1. Morfologia de plata nanocables de Cinema

Com es mostra a la Figura 1 , la pel·lícula de nanocables de plata uniforme es va preparar usant vareta Meyer. La longitud de la majoria de nanocables de plata excedeix 5 μ m, que és prou llarg per ser connectat a una xarxa. El requadre a la Figura 1 és col·loides de nanocables de plata. El color de col·loides de plata és de color blanc groguenc, similar als col·loides de nanocables de plata altament purificades obtingudes després de la filtració de flux transversal [ 28 ]. Preparació d'alt rendiment i nanocables de plata durant molt de temps ha estat estudiat per molts grups; però, aquests processos de reacció són en general complexa o difícil de controlar [ 29 , 30 ]. Sense el control fi de les concentracions de reactius i el procés de creixement, els nanocables de plata obtinguts estan sempre en baix rendiment acompanyada de grans quantitats de subproductes com ara nanocubos o nanoesferes que creixen de llavors isotròpics, que influeix en les propietats de les pel·lícules de nanocables de plata.

3.2. La realització de pel·lícula transparent

transmitància òptica sobre una gran gamma de longitud d'ona és una propietat important per a la pel·lícula transparent i conductora. Figura 2 presenta les transmitàncies del G-pel·lícules amb diferents gruixos, que van ser fabricats sobre substrats de vidre amb diferents concentracions de nanocables de plata. La transmitància de la mostra 1 és 13%, que és molt baix. Quan la concentració va disminuir de 2 mM a 0,5 mM, la transmitància de les mostres va mostrar una tendència creixent aconseguint 31%, 58%, 62% i 65%, respectivament. A més, es pot observar a la Figura 2 que les transmitàncies del G-pel·lícules mantenen estables a les regions de l'infraroig proper, que és important per a les cèl·lules solars. No obstant això, la transmitància de ITO es va reduir de 1100 nm descriu al seu pic de ressonància de plasmó en 1300 nm [ 19 ]. La conductivitat de G-pel·lícules també es veu afectada pel gruix de pel·lícula. Com es mostra a la Figura 2 , amb l'augment de gruix, les Rs de G-pel·lícula gotes.

Com s'ha esmentat en la introducció, que és un gran problema per disminuir la resistència d'unió de la pel·lícula de nanocables de plata. Es va trobar que l'augment de la temperatura de sinterització és una manera fàcil i eficaç per millorar la conductivitat de la pel·lícula de nanocables de plata. Com es mostra a la Taula 1 , quan la temperatura de sinterització era de 150 ° C, els Rs de la mostra 4 va ser / Sq. L'augment de la temperatura de sinterització a 200 ° C, l'RS es va reduir a / Sq. A causa que el PVP recobert en la superfície de nanocables de plata es va descompondre parcialment a 200 ° C, les superfícies de nanocables de plata es poden connectar junts el que augmenta la conductivitat [ 31 ]. A més, a 200 ° C alguns nanocables de plata es poden soldar junts. Quan la temperatura de sinterització era de 250 ° C, PVP va ser gairebé eliminat i la majoria de les unions entre nanocables de plata es fon donant com a resultat els més baixos amb Rs / M², que es pot veure a la Figura 3 (a) . Quan la temperatura de sinterització era de 300 ° C, encara que algunes de nanocables de plata estaven trencades, la pel·lícula encara era una xarxa conductora amb Rs inferiors ( / M²) que es mostra a la Figura 3 (b) . No obstant això, quan la mostra més prima maig es sinterizó a 300 ° C, molts nanocables de plata estaven trencades que condueix a la pel·lícula no conductora que es pot veure a la Figura 3 (d) . A 400 ° C, els nanocables de plata de la mostra 4 estaven gairebé trencats (a la figura 3 (c) ). D'acord amb ( 1 ) [ 20 ], es pot calcular que pot avaluar el rendiment de la pel·lícula conductora transparent, la major el quocient més alt de transmitància a Rs. la de la mostra després de 4 tractada a 300 ° C va ser 116,5 que és més alta que la de nanotub de carboni [ 32 , 33 ] i grafè [ 34 ]. Per tant, G-films tenen potencials aplicacions en dispositius optoelectrònics:

3.3. Elèctrode d'Electroquímica de condensadors

La voltametria cíclica s'utilitza per avaluar les propietats electroquímiques d'I-pel·lícula. Totes aquestes mesures electroquímiques es duen a terme en 1,0 M de KOH utilitzant un sistema de tres elèctrodes. La Figura 4 mostra corbes de CV d'elèctrode I-pel·lícula a una velocitat d'escombrat de 10 a 100 mV s-1. La corba de CV d'exposicions I-pel·lícula definitivament diferents propietats de capacitància elèctrica de la capacitància de doble capa que té la corba de CV rectangular. Pic redox distinct pot veure a la figura 4 en el potencial aplicat -0,5 a 0,5 V enfront de Hg / HgO resultant de la reacció redox entre Ag i Ag 2 O [ 35 ] es descriu com ( 2 ). La capacitància de la I-pel·lícula a diferents velocitats d'escombrat pot ser estimat per l'àrea del cercle tancat. Els canvis en la capacitància en diferents velocitats d'exploració són el resultat que a velocitats d'exploració baixes; la difusió d'ions al llarg del sistema de reacció és il·limitada condueix a un ús complet de nanocables de plata com elèctrode, mentre que a altes velocitats d'exploració, la capacitància realitza de doble capa o un comportament no farádica de manera que la plata no s'oxida completament o es redueix donant com a resultat la disminució de la capacitància [ 36 ]. Els resultats indiquen que la I-pel·lícula mostra un rendiment excel·lent i una bona pseudocapacitancia electroquímica reversible durant el procés de càrrega / descàrrega:

En general, plata experimenta un redox invertit en una condició alcalina. En el primer pas, Ag s'oxida electroquímicament a Ag 2 O per , Deixant una molècula d'aigua i dos electrons. En una direcció inversa, una molècula d'aigua es va separar en i , De manera que Ag 2 O es pot reduir a Ag per deixant . Com a resultat, nanocables de plata es van transformar en Ag / Ag 2 nanoestructures O de nucli-escorça que la Figura 5 (a) mostrar. Per detectar la producció d'Ag 2 O durant el procés, es va realitzar el EDS amb una mida de punt gran (aproximadament 5 μ m). A la Figura 5 (b) , podem veure els percentatges d'elements. Espectre EDS va exposar que la relació atòmica entre Ag i O és menor que dos. La raó és que les fonts d'oxigen són de Ag 2 O i PVP que es cobreix en la superfície de nanocables de plata, i el nucli de nanocables de plata és encara element Ag. Per tant, el resultat experiment és consistent amb la teoria i demostra la forma d'Ag 2 O / Ag nanoestructures de nucli-embolicada durant el procés de càrrega / descàrrega.

Hi ha una relació lineal entre la velocitat d'escombrat i el corrent de resposta d'acord amb ( 3 ) [ 37 ], on és el corrent de descàrrega (mA); és la capacitància; és la velocitat d'escombrat de la voltametria cíclica. L'àrea tancada de la corba de voltametria cíclica es pot utilitzar per estimar la capacitat electroquímica. La capacitància específica es calcula mitjançant ( 4 ), on és l'àrea del material actiu (cm2):

Els experiments de càrrega / descàrrega galvanostáticas es duen a terme en una finestra de potencial d'-0,5 a 0,5 V per estudiar la capacitància específica d'I-pel·lícula. La Figura 6 mostra les corbes de càrrega / descàrrega galvanostáticas d'I-pel·lícula a una densitat de corrent de 0,5 a 6 mA cm -2. Com mostra la Taula 2 va mostrar, la capacitància específica d'I-pel·lícula va augmentar 42,2-41,76 mF / cm2 quan la densitat de corrent va augmentar de 0,5-3,0 mA / cm2, que és només l'1% decadència. No obstant això, la capacitat específica de la I-pel·lícula es va reduir dràsticament a 27 mF / cm2 en virtut de 6,0 mA / cm2. La raó és que els resultats de densitat de corrent més grans en el temps més curt de redox entre Ag / Ag 2 O, de manera que els ions no tenen prou temps per difondre des electròlit i interfase [ 26 ]. A més, la superfície de nanocables està cobert per PVP, que també tenen efecte sobre la velocitat de càrrega / descàrrega [ 38 ]. La Figura 7 presenta que la retenció de la capacitància I-pel·lícula a una densitat de corrent de 6 mA / cm2 pot arribar 94,2% del valor inicial després de 100 cicles. Com a resultat, l'elèctrode I-pel·lícula té una bona estabilitat durant els cicles continus.

4. Conclusions

G-pel·lícula i pel·lícula han fabricat mitjançant el recobriment de nanocables de plata sobre el vidre i ITO, respectivament. La transmitància de G-pel·lícula va augmentar amb la disminució del gruix de G-pel·lícula, i la conductivitat es pot millorar mitjançant l'augment de la temperatura de sinterització atribuït al treure de PVP i de soldadura de les unions de nanocables de plata. Els resultats van mostrar que G-pel·lícula tenia major relació de la transmitància a Rs que la de nanotubs de carboni i grafè, que és un substitut prometedor d'ITO s'aplica en àrees optoelectrònics. A més, les corbes de CV I-pel·lícula sota diferents velocitats d'escombrat tenien pics redox òbvies que indiquen el seu bon acompliment de pseudocapacitancia electroquímica i bona reversibilitat durant el procés de càrrega / descàrrega. Mitjançant experiments de càrrega / descàrrega galvanostáticas, es pot veure que la capacitància específica d'I-pel·lícula depèn de la densitat de corrent, i I-pel·lícula exhibeix alta estabilitat electroquímica. A baixa densitat de corrent, la decadència de la capacitància específica pot ser ignorada, mentre que, a alta densitat de corrent, la capacitància específica decaure dramàticament a causa de curt temps per a la difusió d'ions. Per tant, els nanocables de plata tenen grans potencials aplicacions en dispositius optoelectrònics.

Conflicte d'interessos

Els autors declaren que no hi ha cap conflicte d'interessos en relació amb la publicació d'aquest document.

Agraïments

Aquest treball és recolzat per SNCF sota la subvenció no. 61307066, Fons de Doctorat del Ministeri d'Educació de la Xina en virtut de concessions n. 20110092110016 i 20130092120024, Fundació de Ciències Naturals de la província de Jiangsu amb la subvenció no. BK20130630, el Programa Nacional d'Investigació Bàsica de la Xina (973 programes) amb la subvenció no. 2011CB302004, i la Fundació de la clau de laboratori de Micro-inercial Instrument de navegació i Tecnologia Avançada, Ministeri d'Educació de la Xina, sota la subvenció no. 201204.



Casa | Sobre nosaltres | Productes | Notícies | Exposició | Contacti amb nosaltres | Retroalimentació | Telèfon mòbil | XML | Principal pàgina

TEL: +86-757-8128-5193  E-mail: chinananomaterials@aliyun.com

Guangdong Nanhai ETEB Tecnologia Co, Ltd